【摘要】：在全球人口持續(xù)增加、老齡化問題日益嚴(yán)峻、醫(yī)療健康支出快速上漲、慢病管理需求旺盛、公共醫(yī)療資源相對(duì)短缺的背景下,面向家庭與個(gè)人的穿戴式健康監(jiān)護(hù)在近年來成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。穿戴式生理參數(shù)測(cè)量技術(shù)的主要研究對(duì)象包括心電、血氧飽和度、脈率、血壓和體溫等幾個(gè)重要的生命體征參數(shù),這些生理參數(shù)與人體健康狀況和疾病防護(hù)息息相關(guān),具有連續(xù)監(jiān)測(cè)的價(jià)值。穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以完成對(duì)人體重要生理參數(shù)的非侵入式測(cè)量,其便攜可穿戴的特點(diǎn)又十分適合日常健康監(jiān)測(cè)的使用場(chǎng)景。目前,部分穿戴式生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已可實(shí)現(xiàn)單/多導(dǎo)聯(lián)心電、血氧飽和度、脈率、袖帶式血壓和體表溫度等人體生理參數(shù)的測(cè)量,少數(shù)還具有連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)的功能。其中,袖帶式血壓僅能間歇性地測(cè)量,無法較好地反映血壓的連續(xù)變化情況,而傳統(tǒng)的脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間法連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)技術(shù)又存在精度較低等劣勢(shì);體表溫度容易受到環(huán)境溫度擾動(dòng)、人體汗液蒸發(fā)等因素的影響,無法直觀地反映人體深部的真實(shí)溫度。因此,可靠的核心體溫測(cè)量技術(shù)和連續(xù)血壓測(cè)量技術(shù)在可穿戴生理參數(shù)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有重要的意義,也是研究的難點(diǎn)之一。為了解決上述問題,本文研制了一種穿戴式多生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),開展了核心體溫和連續(xù)血壓測(cè)量技術(shù)的研究。同時(shí),還利用從生理信號(hào)中提取到的多種生理參數(shù)特征,開展了人體心血管疾病初篩技術(shù)的研究。本文的主要研究工作包含以下內(nèi)容:(1).穿戴式多生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)并搭建了一個(gè)分布式的可穿戴多生理參數(shù)的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由體溫子系統(tǒng)、心電子系統(tǒng)、血氧/脈率子系統(tǒng)和血壓子系統(tǒng)構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)了五電極多導(dǎo)聯(lián)心電、血氧飽和度、脈率、袖帶式血壓、連續(xù)血壓、核心體溫等人體重要生理參數(shù)的測(cè)量。其中,血壓子系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)袖帶式血壓測(cè)量功能的同時(shí),還可作為主節(jié)點(diǎn),控制心電子系統(tǒng)和血氧/脈率子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)連續(xù)血壓測(cè)量的功能。(2).非侵入式核心體溫測(cè)量技術(shù)的研究:基于雙熱流法,提出了改進(jìn)的核心體溫測(cè)量技術(shù)。利用有限元仿真與分析,對(duì)核心體溫測(cè)量探頭的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。針對(duì)傳統(tǒng)的雙熱流法中熱響應(yīng)慢、易受水平熱流干擾等缺點(diǎn),對(duì)所設(shè)計(jì)的探頭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和傳熱介質(zhì)材料上的改進(jìn)。通過分離布置的兩個(gè)傳熱塊,減弱水平方向上的熱流對(duì)底部溫度傳感器的影響;通過在PDMS傳熱介質(zhì)中均勻參雜碳酸鈣粉末的方法,在保證測(cè)量精度的同時(shí),加快了熱響應(yīng)速度。針對(duì)環(huán)境溫度變化會(huì)打破熱平衡,導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確的問題,使用自適應(yīng)濾波技術(shù),提高核心體溫測(cè)量探頭的抗環(huán)境溫度擾動(dòng)的能力。在熱板和人體靜息及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),取得了良好的測(cè)量精度、熱響應(yīng)速度,與舌下腺溫度有較高的一致性。(3).基于SOI硅片的鎳薄膜溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)并制作了基于SOI硅片的鎳薄膜溫度傳感器。利用負(fù)性光刻膠在紫外光下曝光顯影出熱敏薄膜電阻條和引線焊盤的圖像,用真空蒸發(fā)的方式依次鍍上鎳薄膜熱敏電阻條和金薄膜引線焊盤。初步探究了硅片上金屬薄膜溫度傳感器的制作流程與制作工藝,為將來實(shí)現(xiàn)核心體溫測(cè)量探頭的一體化、集成化做鋪墊。(4).連續(xù)血壓測(cè)量技術(shù)的研究:基于脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間法,提出了改進(jìn)的連續(xù)血壓測(cè)量技術(shù)。Moens-Kortweg方程和Bramwell-Hill方程為絕大多數(shù)傳統(tǒng)的基于脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間法的連續(xù)血壓模型提供了理論基礎(chǔ),有別于此,本文從納維-斯托克斯流體動(dòng)量守恒方程推導(dǎo)了脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間與血壓之間的關(guān)系,并引入了與血壓變化相關(guān)的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù),提出了改進(jìn)型血壓測(cè)量模型。其中,運(yùn)用多變量逐步回歸分析和皮爾森相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)型血壓測(cè)量模型的特征選取,運(yùn)用正則化多項(xiàng)式線性回歸建立了該模型,并運(yùn)用遞歸最小二乘法對(duì)模型進(jìn)行校準(zhǔn)。相比于傳統(tǒng)的基于脈搏波傳導(dǎo)時(shí)間法的經(jīng)典模型,本文提出的改進(jìn)型血壓測(cè)量模型在測(cè)量精度和校準(zhǔn)頻率上有所提高。(5).心血管疾病初篩技術(shù)的研究:提出了一種基于主成分分析和支持向量機(jī)的有/無心血管疾病的分類技術(shù)。在從生理信號(hào)中提取多項(xiàng)生理參數(shù)特征后,利用主成分分析方法,對(duì)所得生理參數(shù)特征進(jìn)行降維處理。以降維后的新特征向量組合為輸入,使用以徑向基函數(shù)為核函數(shù)的帶松弛變量的支持向量機(jī),建立有/無心血管疾病的分類器。在分類器的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過程中,運(yùn)用可變步長(zhǎng)的螢火蟲算法,完成對(duì)分類器關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化。在MIMIC數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行十折交叉驗(yàn)證,分類準(zhǔn)確度可達(dá)95.8%,該分類技術(shù)可為心血管疾病的初步診斷和篩查提供一定的指導(dǎo)。
【圖文】：

較高要求的體溫測(cè)量使用。依據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，本文在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)負(fù)溫度系逡逑數(shù)的二極管，設(shè)計(jì)了一種超低溫度漂h的恒流源電路，用于抑制環(huán)境溫度改變對(duì)逡逑恒流源輸出電流的影響，提高體溫測(cè)量的電路可靠性，其電路框圖如圖２．３所示。逡逑１６逡逑

邐微處理器單元邐無線通訊單元逡逑圖２．２體溫子系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖逡逑核心體溫測(cè)量探頭由四個(gè)高精度溫度傳感器和參雜了碳酸鈣粉末的ＰＤＭＳ逡逑傳熱塊構(gòu)成，其具體測(cè)量原理將在第三章３．２．３節(jié)中詳細(xì)展開。溫度傳感器使用逡逑ＣＡＮＴＨＥＲＭ公司的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻ＭＦ５１Ｅ系列，具有長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定、重復(fù)性逡逑好、測(cè)量范圍寬（－４０°Ｃ邋－１００°Ｃ）、精度高（測(cè)量誤差優(yōu)于±１％）、小型化、熱響逡逑應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，滿足核心體溫測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景。逡逑四個(gè)溫度傳感器采用并列結(jié)構(gòu)，，由一個(gè)多路模擬開關(guān)控制，每次選通其中一逡逑個(gè)溫度傳感器接入體溫感知單元。該多路模擬開關(guān)選用ＴＩ公司的ＴＳ３Ａ４７５１，在逡逑３Ｖ供電的情況下導(dǎo)通電阻僅為０．９（２，相較于溫度傳感器ＭＦ５１Ｅ邋（２５°Ｃ下典型值逡逑為５ｋＱ）的電阻，幾乎可以忽略不計(jì)，從而極大弱化對(duì)測(cè)量精度的影響。在體溫逡逑感知單元中
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318

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